Capitolo 2. L’emulazione dei sensori SPAD........................................................ Il progetto Spada: nuovi orizzonti dell’astronomia.......................... Capitolo 1. ....................................................................

III

INDICE

Sommario ...

Indice...

Introduzione...

Capitolo 1. Il progetto Spada: nuovi orizzonti dell’astronomia ...

1.1 Astronomia: cenni storici ... 2

1.2 Le tre applicazioni astronomiche... 4

1.2.1 Fast Transient Imaging... 4

1.2.2 Adaptive Optics... 8

1.2.3 Layer Sensing ... 9

1.3 Caratteristiche generali del progetto SPADA ...10

1.3.1 Il sistema SPADA. ...10

1.3.1.1 Lo SPAD Array. ...12

1.3.1.2 Il sistema di acquisizione ed elaborazione. ...14

1.4 Validazione di un sistema complesso...15

1.4.1 Il collaudo di sistemi digitali. ...15

1.4.2 Il collaudo funzionale ...17

Capitolo 2. L’emulazione dei sensori SPAD...

2.1 Il sensore SPAD ...20

2.1.1 Cenni sui rivelatori di singolo fotone ...20

2.1.2. Struttura e caratteristiche dei sensori SPAD ...23

2.1.3. I Quenching Circuits ...29

2.2 Il sistema di emulazione ...33

2.2.1 Detection Electronic Board...33

2.2.2 L’applicazione critica: Fast Transient Imaging ...35

2.2.3 Specifiche di sistema e scelta delle risorse ...36

Indice

IV

2.3.1 Il DDS convenzionale ...38

2.4 Il Linear Feedback Shift Register...42

2.4.1 Implementazioni possibili...42

2.4.2 Le sequenze di massima lunghezza ...44

2.4.3 Trattazione matematica ...44

2.4.4 Proprietà delle sequenze di massima lunghezza ...46

Capitolo 3. La piattaforma di sviluppo ed il partizionamento del progetto....

3.1 La scheda Orsys Micro-Line C6713Compact ...47

3.1.1 Struttura Hardware ...49

3.1.2 I connettori ...49

3.1.2.1 Il connettore micro-line® ...51

3.1.2.2 Connettore JTAG ...51

3.1.3 Componenti Hardware ed Interfacce...52

3.1.3.1 FPGA...52

3.1.3.2 Memoria Flash ...53

3.1.3.3 PLD...53

3.1.3.4 Memoria esterna (SDRAM)...55

3.1.3.5 EEPROM seriale...55 3.1.3.6 Sensore di temperatura ...56 3.1.3.7 Interfaccia UART / RS-232...56 3.1.3.8 Il DSP e le sue periferiche...56 3.1.3.9 LED...57 3.2 La scheda di alimentazione ...58 3.3 Partizionamento Hardware-Software...60

3.3.1 La partizione tra le risorse della C6713...60

3.3.2 L’interfaccia software...61

Capitolo 4. Lo SPADA Emulator ...

4.1 L’architettura implementata sull’FPGA ...63

4.1.1 L’Emulator_core ...65

Indice V 4.1.1.2 Il modulo ‘Spad’ ...69 4.1.1.2.1 Il modulo Single_count...71 4.1.1.2.2 Il modulo monostable ...73 4.1.1.2.3 Il modulo Modul_1...74

4.2 Funzioni espletate dal DSP...82

4.2.1 Inizializzazione dell’hardware...82

4.2.2 Interruzione di programma...83

4.2.3 Interfaccia UART...85

4.2.4 Trasferimento dei parametri all’FPGA ...86

Capitolo 5. L’interfaccia software...

5.1 Il programma realizzato con Labview...88

5.1.1 L’interfaccia utente...89

5.1.1.1 La determinazione dei parametri di configurazione dell’Emulatore...91

5.1.1.2 La trasmissione dei dati ...99

5.1.1.3 Le maschere per il debug...102

5.2 Risultati ottenuti ...103

Capitolo 6. Il collaudo della scheda di acquisizione ...

6.1 I sistemi di acquisizione e di test...107

6.1.1 Il sistema di acquisizione ed elaborazione dati ...108

6.1.2 Il sistema di test...111

6.2 Risultati del collaudo...112

Conclusioni

...

Appendice A. Il codice VHDL...119

Appendice B. Il codice C++...162

Bibliografia...